[논문]옥천지역 천부지하수의 지구화학적 특성 및 질산염 오염 특성

이인경; 최상훈

옥천지역 천부지하수의 지구화학적 특성 및 질산염 오염 특성
Geochemical Characteristics and Nitrates Contamination of Shallow Groundwater in the Ogcheon Area 원문보기

자원환경지질 = Economic and environmental geology, v.43 no.1, 2010년, pp.43 - 52

이인경 (충북대학교 지구환경과학과) , 최상훈 (충북대학교 지구환경과학과)

초록
AI-Helper

충북 옥천 지역 천부지하수의 지화학적 특성과 질산염의 기원을 규명하기 위하여 지화학 및 질소동위원소 연구가 수행되었다. 지하수의 pH는 6.9~8.4로 중성 내지 약알칼리성으로 나타났다. 지하수의 전기전도도, 산화환원전위 및 용존산소량은 각각 $344.2\;{\mu}s/cm$, 195 mV, 4 mg/L이다. 채취된 45개의 시료에서 검출되어진 질산성 질소의 농도는 12.4 mg/l~34.2 mg/l 범위를 보이며, 모두 먹는물 수질기준의 10 mg/l를 초과하는 것으로 나타났다. 질산성 질소의 동위원소 분석 결과, $\delta^{15}N-NO_3$는 $2.7^{\circ}/_{\circ\circ}{\sim}18.8^{\circ}/_{\circ\circ}$이다. 이와 같이 지하수내 15N의 부화는 질산성질소의 오염기원이 동물분뇨임을 지시한다. 또한 일부는 탈질화작용이 기여한 것으로 보여진다.

Abstract ▼ AI-Helper

The geochemical and nitrogen isotopic analyses for shallow groundwater of Ogcheon area were carried out to characterize the geochemical characteristics of the groundwater and to identify the source of nitrate. Groundwater shows a neutral pH to weakly alkalic condition with pH values ranging from 6.9 to 8.4. The average of EC, Eh and DO is $344.2\;{\mu}s/cm$, 195 mV, 4 mg/L, respectively. According to piper diagram, chemical composition of groundwater is dominantly characterized by Ca-$HCO_3$ type. On the other hand, groundwater type in the study area include Ca-Cl+$NO_3$ type that were highly influenced by agricultural activities. $NO_3$-N concentration of the collected samples(n=45) range from 12.4 to 34.2 mg/l. These data show that the $NO_3$-N concentration exceeds Korea Drinking Water Standard (10 mg/l). The $\delta^{15}N-NO_3$ values range from $2.7^{\circ}/_{\circ\circ}$ to $18.8^{\circ}/_{\circ\circ}$. The enrichments of heavy isotope in the groundwater indicate that major origin of nitrate pollution were associated with animal and human waste. Also the denitrification may have partly contributed as one of the sources of nitrogen.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

이번 연구는 충북 옥천군 일부 농촌 지역에 분포하는 천부 지하수에 대한 수리 지화학적 특성을 파악하고, 농업활동으로 인한 지하수 오염 특성을 평가하고자 한다. 이를 위하여 지하수의 용존 성분에 대한 수질 유형을 파악하고, 질소 동위원 소를 활용한 농촌지역 지하수의 질산염의 기원을 오염 원 규명하고자 한다.
(Kreitler and Jones, 1975). 이번 연구는 충북 옥천군 일부 농촌 지역에 분포하는 천부 지하수에 대한 수리 지화학적 특성을 파악하고, 농업활동으로 인한 지하수 오염 특성을 평가하고자 한다. 이를 위하여 지하수의 용존 성분에 대한 수질 유형을 파악하고, 질소 동위원 소를 활용한 농촌지역 지하수의 질산염의 기원을 오염 원 규명하고자 한다.

가설 설정

따라서 조사 지역 전반에 걸친 비교적 높은 s15NNO3값을 해석은 다음과 같이 두 가지의 가능성으로 압 축할 수 있다: 1) 비교적 높은 615N-NO3값을 갖는 분 뇨 기원의 질산성 질소 유입, 그리고 2) 탈질작용 (denitrification) 의 가능성이다. 탈질작용은 질산염의 환원 반응으로서 이 탈질과정을 거치는 동안 질산염의 질소동위원소 중 mne 상대적으로 빠른 속도로 N2 (혹은 N2O) 로 변환되면서 잔류하는 질산염의 6"nNO3값이 점차 증가하는 기작이다.

제안 방법

Piper diagrame 지하수 화학특성을 표시하는데 널리 쓰이는 수단인데, 지하수 내 주요 양이온과 음이온 의 당량농도 (meq4)를 비율로 나타냄으로써 지하수의 유형을 구분하는데 이용될 수 있다. 수질유형은 대표 적인 양이온과 음이온으로 나누어 4가지 유형으로 분 류하였다. 양이온의 경우 Na와 K의 당량농도의 합과 Ca와 Mg의 당량농도의 합을 비교하여 전자가 큰 경우 Na 유형으로, 후자가 큰 경우 Ca 유형으로, 음이온의 경우 HCQj와 CO3의 당량농도의 합과 Cl+NQj 및 SQ의 당량농도의 합을 비교하여 전자가 큰 경우 hco3 유형, 후자가 큰 경우 C1 유형으로 구분하였다.
), 수소이온농도 (pH), 산화환원전위 (Eh), 전기전도도 (EC), 용존산소 (DO) 등은 현장에서 Orion사의 5-Star 측정 기를 이용하여 측정하였다. 알칼리도 (Alkalinity)는 pH meter* 사용하여 lOOmeA 시료에 대하여 황산을 이용한 산-염기 중화 적정을 통해 측정하였다. 양이온 및 음이온 분석시료에 대해서는 간이 수동펌프를 이용하여 공극 크기 0.
알칼리도 (Alkalinity)는 pH meter* 사용하여 lOOmeA 시료에 대하여 황산을 이용한 산-염기 중화 적정을 통해 측정하였다. 양이온 및 음이온 분석시료에 대해서는 간이 수동펌프를 이용하여 공극 크기 0.45 ㎛인 셀룰로오스 질산염 막필터에 통과시켜 부유 물질을 제거한 후, 폴리에틸렌 용기에 담았다. 특히, 양이온 분석용 시료에 대해서는 용기 표 면에서 발생하는 양이온의 흡착과 용존 이온의 침전 및 미생물의 성장과 산화를 방지하기 위하여 농질산을 첨가하여 pH 2 이하로 유지하였다.
2009년 6월 29~7월 13일에 걸쳐 충북 옥천군 청산 면, 청성면 일대의 125개 지하수 관정을 대상으로 현 장수질측정 및 시료채취를 수행하였다. 지하수 수질 형 성 및 오염에 관한 특성을 규명하기 위하여 80개 지점 에서는 양이온 음이온 분석용 시료를 채수하였으며, 질산성 질소 농도가 높은 45개 지점에서는 지하수 내 질산 염 기원을 구분하기 위해 질산성 질소 동위원소 분석용 시료를 채수하였다 (Fig. 3). 모든 지점에서 온도 (Temp.
충북 옥천군 청산면, 청성면 일대의 지하수 수질 형 성 및 오염에 관한 수리지화학 특성을 규명하기 위해 123개 지점의 지하수에 대하여 정밀조사를 수행하였다. 지하수 수질특성을 파악하기 위해 화학분석 및 질소동 위원소 분석을 실시하였다. 양이온 성분은 대부분 Ca 가 대부분 우세하게 나타났으며, Na는 일부 지역에서 는 우세하게 나타났다.
45 ㎛인 셀룰로오스 질산염 막필터에 통과시켜 부유 물질을 제거한 후, 폴리에틸렌 용기에 담았다. 특히, 양이온 분석용 시료에 대해서는 용기 표 면에서 발생하는 양이온의 흡착과 용존 이온의 침전 및 미생물의 성장과 산화를 방지하기 위하여 농질산을 첨가하여 pH 2 이하로 유지하였다. 또한 모든 채수 시료의 운반 및 저장 과정 동안에는 아이스박스와 냉장 고를 이용하여 항상 4。(3의 저온 상태를 유지하였다.

대상 데이터

2009년 6월 29~7월 13일에 걸쳐 충북 옥천군 청산 면, 청성면 일대의 125개 지하수 관정을 대상으로 현 장수질측정 및 시료채취를 수행하였다. 지하수 수질 형 성 및 오염에 관한 특성을 규명하기 위하여 80개 지점 에서는 양이온 음이온 분석용 시료를 채수하였으며, 질산성 질소 농도가 높은 45개 지점에서는 지하수 내 질산 염 기원을 구분하기 위해 질산성 질소 동위원소 분석용 시료를 채수하였다 (Fig.
주요 용존 양이온의 정량 분석은 Perkin Elmer사 의 유도결합플라즈마 방출분광분석기 QCP-AES, Model OPTIMA3000) 를, 주요 용존 음이온의 정량분석은 Dionex사의 이온크로마토그래피 (IC, Model 120) 를 이용하여 수행하였다. 분석된 양이온은 Ca, Mg, Na,K, Si, Cl, Fe, Al, Mn, Zn이며, 음이온은 SO4, E NO3, Bi; NO2, PO4이다. 질산성 질소의 질소동위원소 분석용 시료채취는 무균채수병에 채수하여 분석 전까 지 냉동 보관하였다.
연구 지역은 127°40'~127°53'E, 36°15'~36°23N에 해당하며, 충청북도 옥천군 청산면, 청성면 일대를 포 함하고, 총 면적이 155.33 km2 이다 (Fig. 1). 연구 지역의 동부는 소백산맥 지맥의 봉우리가 중첩되어있고, 금강 상류가 감입곡류를 하며 북서류하고 있다.
1). 연구 지역의 동부는 소백산맥 지맥의 봉우리가 중첩되어있고, 금강 상류가 감입곡류를 하며 북서류하고 있다. 하천 은 지방 1급 하천인 보청천 외에 이원천, 건진천 등 10개의 지방 2급 하천으로 구성되어 있다.
연구지역의 지질은 옥천누층군의 변성퇴적암류와 이를 관입한 중생대 화성암류로 주로 구성된다. (Fig.
질산성 질소의 질소동위원소 분석용 시료채취는 무균채수병에 채수하여 분석 전까 지 냉동 보관하였다. 질산염의 질소동위원소 분석은 서 울대학교 농업과학공동기기센터에서 수행되었다.
충북 옥천군 청산면, 청성면 일대의 지하수 수질 형 성 및 오염에 관한 수리지화학 특성을 규명하기 위해 123개 지점의 지하수에 대하여 정밀조사를 수행하였다. 지하수 수질특성을 파악하기 위해 화학분석 및 질소동 위원소 분석을 실시하였다.

이론/모형

3). 모든 지점에서 온도 (Temp.), 수소이온농도 (pH), 산화환원전위 (Eh), 전기전도도 (EC), 용존산소 (DO) 등은 현장에서 Orion사의 5-Star 측정 기를 이용하여 측정하였다. 알칼리도 (Alkalinity)는 pH meter* 사용하여 lOOmeA 시료에 대하여 황산을 이용한 산-염기 중화 적정을 통해 측정하였다.

성능/효과

05 mg/1 이하 로 검출되었다. Mn의 최대함량은 0.30mg4이며, 충적 충에 해당되며, 또한 Zn이 3.38 mg/1 검출되었다. 지하 수의 Zn의 평균 함량은 0.
01 mg/1) 이다. 먹는 물 수질기준의 염소이온의 농도는 4.0 mg/1로 많은 지 점에서 평균 함량이 기준을 초과하고 있는 것으로 밝 혀졌다. 연구지역 내 지하수의 F함량은 평균 0.
4mg/L의 범위를 갖는다. 모든 유역 및 암반대수층에서의 Eh 및 DO의 측정결과 산화 상태로 나타났다 (Table 1).
음이온 성분은 HC03 성분이 대부분 우세하게 나타났으며, C1는 일부 지역에서 우 세하게 나타났다. 연구지역 지하수는 비교적 농업활동의 영향이나 인위적인 오염의 영향이 관찰되지 않는 Ca-HCO3 유형을 나타내었다. 두 번째로 우세한 CaCKNO3)형의 지하수는 농업활동에 의한 질산염의 영향을 받은 지하수로 간주된다.
양이온의 경우 Na와 K의 당량농도의 합과 Ca와 Mg의 당량농도의 합을 비교하여 전자가 큰 경우 Na 유형으로, 후자가 큰 경우 Ca 유형으로, 음이온의 경우 HCQj와 CO3의 당량농도의 합과 Cl+NQj 및 SQ의 당량농도의 합을 비교하여 전자가 큰 경우 hco3 유형, 후자가 큰 경우 C1 유형으로 구분하였다. 연구지역은 Ca-HCO3 유형의 지하수가 50개소로 가장 우세한 것으로 나타났다(Fig. 6). 이 유형의 지하수는 일반적으로 오염의 영향을 덜 받은 천부지하수의 대표 적인 형태에 속하며, 지하수의 충진 과정의 자연적 지 하수 수질을 지시하며, 빗물이 암석 내지 토양 대수층 을 거치면서 탄산염 광물의 용해 기작을 겪은 결과이다.

후속연구

주변 지역의 농업 활동에 따른 동물 분뇨 등을 활용한 과도한 유기 비료의 사용에 밀접하게 관 련되는 것으로 여겨진다. 따라서, 지하수를 수자원으로 개발 이용할 때는 질산염 오염 현황 및 특성을 파악하 여야 할 것이며, 지속적으로 발생할 수 있는 잠재적인 오염에 대한 체계적인 관리 대책 수립이 시급한 것으로 판단된다.

참고문헌 (32)

Appelo, C.A.J. and Postma, D. (1999) Geochemistry, groundwater and pollution. A.A. Balkema, Rotterdam, 535p.
Boulding, J. R. (1995) Practical handbook of soil, vadose zone, and groundwater contamination assesment, prevention and remediation. CRC Press, Florida, pp.59- 116.
Chae, G. T, Yun, S.T, Mayer, B., Choi, B.Y, Kim, K.H, Kwon, J.S. and Yu, S.Y (2009) Hydrochemical and stable isotopic assement of nitrate contamination in an alluvial apuifer underneath a riverside agricultural field. Agricultural Water Management v.96, p.1819- 1827.

상세보기
Clark, I. and Fritz, P. (1997) Environmental isotopes in hydrology. Lewis Publishers, 328p.
Eby, G.N. (2004) Principles of environmental chemistry. Brooks/Cole-Thomson Learning, Pacific Grove, CA, 514p.
Greenberg, A.E., Clesceri, L.S. and Eaton, A.D. (1992) Standard methods for the examination of water and wastewater. 18th ed., American Public Health Association, 1010p.
Heaton, T.H.E. (1986) Isotopic studies of nitrogen pollution in the hydrosphere and atmosphere and atmosphere. A review Chem. Geol., v.59, p.87-102.

상세보기
Hem, J.D. (1985) Study and interpretation of the chemical characteristics of natural water, U.S. Geological Survey water-supply paper 2254, 263p.
Iqbal, M.Z. and Krothe, N.C. (1995) Infiltration mechanism related to agricultural waste transport through the soil mantle to karst aquifers of southern Indiana, USA. J. of Hydro. v.164, p.171-192.

상세보기
Keller, E.A. (2000) Environmental geology. 8th ed., Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey, 562p.
Kellman, L.M. and Hillarire-Marcel C. (2003) Evaluation of nitrogen isotopes as indicators of nitrate contamination sources in an agricultural watershed. Agriculture, Ecosystems and Environment, v.95, p.87-102.

상세보기
Kendall, C. (1998) Tracing nitrogen sources and cycling in catchments. In: Kendall, C., McDonnell, J.J. (Eds), Isotope tracers in the catchment hydrology. Elsevier, Amsterdam, The Netherlands, pp.519-576.
Kim, D.H. and Lee, B.J. (1986) Geological report of the Cheongsan sheet(1:50,000). Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources.
Kim, K.B. and Hwang, J. H. (1986) Geological report of the Youngdong sheet(1:50,000). Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources.
Kim, D.H., Jang, T.W., Kim, W.Y. and Hwang, J. H. (1978) Geological report of the Okcheon sheet(1:50,000). Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources.
Kim, O,J., Lee, D.S. and Lee, H.Y. (1968) Geological report of the Boeun sheet(1:50,000). Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources.
Kim, H.J., Hamm, S.Y., Kim, N.H., Cheong, J.Y., Lee J.H. and Jang, S. (2009) Characteristics of groundwater contamination caused by seawater intrusion and agricultural activity in Sacheon and Hadong Areas, Republic of Korea, Econ. Environ. Geol., v.42, p.575- 589

원문보기 상세보기
Kim, K.H., Yun, S.T., Chae, G.T., Choi, B.Y., Kim, S.O., Kim, K.J., Kim, H.S. and Lee, C.W. (2002) Nitrate contamination of alluvial groundwaters in the Keum river watershed area: source and behaviors of nitrate, and suggestion to secure water supply. The Journal of Engineering Geology, v.12, p.471-484.
Kim, Y.-T. and Woo, N.-C. (2003) Nitrate contamination of shallow groundwater in an agricultural area having intensive livestock facilities. The Journal of Korean Society of Soil and Groundwater Environment, v.8, p.57-67.

원문보기 상세보기
KLAW (2008) Regulation for Drinking Water Standards and Examination, http://www.klaw.go.kr/DRF/MDRFLaw- Service.jsp?OCme&ID07134
Korea water resources corporation (1996) Report on alluvial aquifer groundwater survey.
Kreitler, C.W. and Jones D.C. (1975) Natural soil nitrate: The cause of the nitrate contamination of groundwater in Runnels county, Taxas. Groundwater, v.13, p.53-61.

상세보기
Lee, E.J., Woo, N.C., Lee, B.S. and Kim Y.B. (2008) Variation in nitrate contamination of shallow groundwater in a farmland in Gyeonggi-do, Korea. Econ. Environ. Geol., v.41, p.393-403.

원문보기 상세보기
Lee, J.H., Hamm, S.Y., Kim, K.S., Cheong, J.Y. and Ryu, S.M (2009) Evaluation of groundwater quality using factor aanlyses and agrochemicals in an agricultural area, Econ. Environ. Geol., v.42, p.217-234.

원문보기 상세보기
Lee, Y.D., Hyun, S.G. and Song, H.K (2003) Estimation of sources for nitrate in groundwater at Ongpo stream watershed in Jeju Island. Journal of Korean Society on Water Quality, v.19, p.455-461.
Ministry of Agriculture and Korea Rural Corporation (2009) Report on agricultural groundwater management in Ogcheong area (Okcheongun), p. 276p.
Mirza, M.M.Q. (2004) The Ganges water diversion: environmental effects and implications. Springer, p.93-95.
MOE (2006) Management report of groundwater quality monitoring network 2006.
Saether, O.M. and De Caritat, P. (1997) Geochemical processes, weathering and groundwater recharge in catchments. A.A. Balkema, Rotterdam, Brookfield, 400p.
Spalding, R.F. and Exner, M.E. (1993) Occurrence of nitrate in groundwater:A review. J. Environ. Aual., v.22, p.392-402.
Wild, A. (1981) Mass flow and diffusion, In the chemistry of soil process. Willy, New York, pp.37-80.
Yoo, S.H., Choi, W.J. and Han, G.H. (1999) An investigation of the sources of nitrate contamination in the Kyonggi Province Groundwater by isotope ratios analysis of nitrogen. J. Korean Soc. Soil sci. Fert., v.32, p.47-56.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증